Nhưng bất chấp hơn một thập kỷ phát triển, chúng vẫn đối mặt với một trở ngại lớn: sự mất ổn định lâu dài. Một trong những nguyên nhân lớn nhất gây ra sự mất ổn định này là sự di chuyển của các ion bên trong vật liệu, dần dần làm hỏng chất bán dẫn và làm giảm hiệu suất.

Nghiên cứu mới từ các nhà nghiên cứu tại Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) và Đại học Potsdam mang đến tin tức đầy hứa hẹn. Phát hiện của họ, cho thấy perovskite gốc thiếc có thể mở đường cho các pin mặt trời vừa ổn định, vừa thân thiện với môi trường.

Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng, perovskite gốc thiếc được chế tạo bằng dung môi thay thế, cho thấy mật độ ion thấp hơn đáng kể, chỉ bằng một phần mười so với perovskite gốc chì thông thường. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Energy Letters.

Hầu hết nghiên cứu về perovskite cho đến nay, tập trung vào các vật liệu sử dụng chì làm thành phần chính. Các perovskite gốc chì đạt hiệu suất trên 27%, tăng vọt so với mức 4% khi chúng mới nghiên cứu lần đầu. Nhưng chì là chất độc hại và nhanh chóng bị phân hủy, làm hạn chế việc áp dụng thương mại.

Thiếc là giải pháp thay thế an toàn hơn và về lý thuyết có thể sánh ngang hoặc thậm chí vượt trội hơn tiềm năng hiệu suất của chì. Tuy nhiên, nghiên cứu về perovskite gốc thiếc vẫn còn tương đối mới và hiệu suất của chúng vẫn chưa tăng cường nhiều.

Một trong những vấn đề lớn nhất ảnh hưởng đến cả perovskite gốc chì và gốc thiếc là sự hiện diện của các ion halide di động, có thể di chuyển qua vật liệu theo thời gian. Khi các ion này di chuyển, chúng gây ra phản ứng hóa học làm suy giảm dần pin mặt trời perovskite.

Để hiểu rõ hơn về điều này, các nhà nghiên cứu tại HZB và Potsdam đã đo nồng độ và chuyển động của các ion trong các công thức perovskite được sử dụng rộng rãi. Họ phát hiện perovskite thiếc có ít ion di động hơn perovskite chì.

Đáng chú ý hơn nữa, khi nhóm nghiên cứu sử dụng dung môi khác trong quá trình sản xuất, perovskite thiếc chế tạo bằng dung môi DMF-DMI, thay vì dung môi DMSO thường dùng, cho thấy mật độ ion giảm đáng kể, thấp hơn 10 lần so với perovskite chì. Vật liệu này cũng hoạt động hơn 600 giờ mà không bị suy giảm đáng kể.

Kết quả này chỉ ra một ý tưởng đơn giản nhưng mạnh mẽ: việc lựa chọn dung môi trong quá trình chế tạo perovskite có thể cải thiện đáng kể độ ổn định. Sử dụng dung môi thay thế giúp tránh các phản ứng hóa học không mong muốn thường khiến thiếc bị oxy hóa và làm mất ổn định vật liệu.

Theo Tiến sĩ Artem Musiienko, người đứng đầu nghiên cứu, khám phá này củng cố quan điểm đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu perovskite thiếc. Với ít ion di động hơn và quá trình suy giảm chậm hơn, perovskite gốc thiếc có thể là giải pháp sáng giá cho pin mặt trời perovskite thương mại trong tương lai, đặc biệt khi thách thức lớn về độ ổn định có thể đã có giải pháp.

Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển pin mặt trời màng mỏng thế hệ tiếp theo, hiệu quả, ổn định và không chứa kim loại nặng độc hại, đưa thế giới tiến gần hơn một bước đến năng lượng mặt trời sạch hơn và an toàn hơn.